Mühendislik JEOLOJİSİ

Transkript

1 İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Mühendislik JEOLOJİSİ Tabakalı Kayaçların Deformasyonları Prof. Dr. Şükrü ERSOY

2 Tabakalı Kayaçların Genel Özellikleri

3 Tabakalı Kayaçların Genel Özellikleri Çin deki çökel tabakalar Tabaka Diskordans ve konkordans Transgresyon ve regresyon Yatay, düşey ve eğik tabakalar Tabaka doğrultu ve eğimi Kıvrım Kıvrım grupları Çatlak, eklem ve fay

4 Stratigrafi, kayaçların, özellikle çökellerin tabakalarını ve tabaklanma ilişkilerini inceler bileşim köken Yaş ilişkileri Coğrafik uzanım Stratigrafi Çökel kayaçlar her zaman tabakalıdır. Bazı magmatik ve metamorfik kayaçlar da tabakalı olabilir.

5 Tabakalanma - L a m i n a l a n m a ÜST T A B A K A ALT

6 Tabakalı çökel kayaçlar Resimdeki çökel kayaçlarda tabakalanma kumtaşı ve şeyil tekrarlanmasından oluşmaktadır

7 Tabakanın yataylığı durumu In 1669 da, Nicolas Steno önerdi Tabakaların yatay devamlılık prensibi Çökel tabakaların dışa doğru uzanımı anlamında kullanılmaktadır Tabaka sonlanana kadar tüm yönlerde devam eder Sonlanmalar aniden kopabilir birikme havzasının kenarında Aşındığı yerde Faylarla kesildiği yerde

8 Tabaka geçişle sonlanabilir Tabakalar yana doğru geçiş gösterebilir Bir başka kayaç birimin olduğu yani litolojinin değiştiği yerde giderek incelebilir İnce birimlere ayrıldığı yerde dallanır veya çatallanır Litolojinin değiştiği yerde, yatay geçiş olur Bileşimi ve dokusu değişir Ya da giderek farklılaşır

9 Dereceli Tabakalanma Çapraz Tabakalanma Mercek biçimli Çapraz tabakalanma Tekne biçimli Çapraz tabakalanma Balık kılçığı Çapraz tabakalanma

10 KONKORDANS Konkordan Tabakalar DİSKORDANS Diskordan Tabakalar

11 Diskordans nasıl gelişir? Diskordans düzlemi Konkordan Tabaka Serisi Diskordan Tabaka serisi

12 Diskordans düzlemi Açılı Diskordans

13 Diskordans (Uyumsuzluk) Türleri Diskonformite Açısal diskordans (uyumsuzluk) Nonkonformite Çökel tabakalar Çökel tabakalar Magmatik Kayaç Bir bölgede uyumsuzluk bir yerden bir yere değişir

14 TRANSGRESYON (Denizin Karaları Basması) REGRESYON (Denizin Karalardan Çekilmesi)

15 Transgresyon Değişen deniz düzeyi değişimi birikme fasiyeslerinin dağılımını büyük ölçüde etkiler Transgresyon işlemi (deniz düzeyinin yükselmesi) : okyanus yükselir ve kıta kenarlarını örter. Kıyı çizgisi karaların içlerine doğru hareket eder.

16 Denizel Transgresyon Deniz düzeyindeki değişim çökelme fasiyeslerinin dağılımını büyük ölçüde etkiler. Çünkü derinlik değişir Transgresyon işlemi (deniz düzeyinin yükselmesi) ile deniz düzeyi yükselir ve kıta kenarlarını örter. Kıyı çizgisi karaların içlerine doğru hareket eder (denizin karaları basması) Deniz Düzeyi Kireçtaşı Şeyil kumtaşı Karbonat Çamur Kum

17 Bangladeş için denizel transgresyon (deniz basması senaryosu) senaryosu Milliman vd. (1989).

18 Regresyon (deniz çekilmesi) Regresyon (deniz çekilmesi) işlemi deniz düzeyinin alçalmasına neden olur Kıyı çizgileri kıta içinden çekilerek denize doğru geriler

19 Denizel Regresyon (deniz çekilmesi) Regresyon (deniz çekilmesi) işlemi deniz düzeyinin alçalmasına neden olur Kıyı çizgileri kıta içinden çekilerek denize doğru geriler

20 TRANSGRESYON - (Denizin Karaları Basması) REGRESYON (Denizin Karalardan Çekilmesi)

21

22 Transgresyon ve Regresyon un nedenleri Kıtaların yükselmesiyle regresyon olur Kıtanın çökmesiyle transgresyon Küresel buzullaşma regresyona neden olur Çünkü, buzullarda fazla miktarda su tutulur Deniz tabanının yayılması/açılması, Okyanus ortası sırt sisteminde genişleme olur, Ve deniz suları kıtalar üzerine ilerler Yavaşlayan deniz-tabanı yayılma hızı ise Okyanus havzalarının hacminin artmasına Ve regresyona neden olur

23 Tabakalı Kayaçların Özellikleri Tanımlar Doğrultu, eğim, Kıvrımlı tabakalar Çatlaklı kayaçlar Faylı tabakalar

24 Cockscomb Sırtı, Güney Utah doğrultu Eğim P.L. Kresan

25 Tabakanın doğrultu ve eğimi

26 Jeolog Pusulası Amerikan (Brunton) tipi Pusula

27 Yatay, Eğik, Dik, Devrik, Yatık Tabakalar

28 Düşey Tabakalar

29 Eğik Tabakalar

30 Kıvrımlı Tabakalar

31 Tanımlar Tektonik Deformasyon Germe/Gerilme (Stress) ve Yönlü Basınçlar Tektonik - Yapısal Jeoloji Eğik, Dik, Devrik ve Yatık Tabakalar

32 Yönlü Kuvvetler 1- Sıkıştırma/Kompresyon 2- Germe (Gerilme)/Tansiyon 3- Makaslama

33 Dünyadaki stres (gerilim) dağılımı Dynamik/mekanik analiz: deformasyonları yaratan stresleri yorumlar

34 Kıvrımlar neden önemlidir? Yerkabuğu deformasyonunun ya da büyük dağ kuşaklarının temelini oluştururlar Yaşlı Genç

35 Avrupa Ve Türkiye nin Kıvrımlı Dağ Kuşakları

36 Monoklinal Kıvrım

37 Monoklinal Kıvrım

38 Kıvrımlar özellikle çökel kayalarda tanımlanabilen önemli yapılardır Basit bir kıvrım iki kanat ve bu iki kanadı birbirinden ayıran bir eksen çizgisinden oluşur Eksen, kıvrımda en fazla kıvrımlanan noktaları birleştiren çizgidir Bir kıvrımın etkilediği tabakaların eksen çizgilerinden geçen düzleme eksen düzlemi denir. Kıvrımlar

39 Kıvrımlar kanatlarının yönelimine bağlı olarak çeşitli kategorilerde sınıflanırlar. Çekirdeğinde yaşlı tabakaların yer aldığı ve kanatları birbirinden uzaklaşan kıvrımlara antiklinal, Çekirdeğinde genç tabakaların yer aldığı, kanatları birbirine doğru eğimli kıvrımlara ise senklinal adı verilir Kıvrım Tanımı

40 Senklinal

41 Senklinal

42 Senklinal

43 Assimetrik Antiklinal

44 Bölgesel yapılar küçük kıvrımlardan oluşan kanatların bulunduğu geniş bir kıvrımdan oluşur.

45 Kıvrım Grupları

46 Kıvrımlar kanatların simetrisine göre simetrik, asimetrik, devrik ve yatık olarak da sınıflanırlar

47 Kıvrım simetrisi a) Simetrik ya da açık kıvrımlar b) Asimetrik kıvrımlar c) Devrik kıvrımlar d) Yatık kıvrımlar e) Dalımlı kıvrımlar

48 Çeşitli kıvrımlar Eksen düzlemi a- Simetrik (açık) kıvrım

49 Çeşitli kıvrımlar Eksen düzlemi Düşey değil b- Asimetrik (açık) kıvrım Daha büyük basınç Yönü

50 Çeşitli kıvrımlar c- devrik kıvrım

51 c- devrik kıvrım

52 Çeşitli kıvrımlar Eksen düzlemi Yatayımsı olur Her iki yönde Direk büyük basınç d- Yatık kıvrım

53 Phil Dombrowski Yatık Kıvrım

54 Dom ve Basen Dom Genç kayaç Basen Yaşlı kayaç

55 Erozyondan önce kıvrımlı tabakalar

56 Erozyondan sonra kıvrımlı tabakalar Aşınmış Antiklinal, merkezde yaşlı kayaçlar, Senklinal ters tarafta

57 Topografya bir Antiklinal yapısının tersine olabilir Erozyon öncesi ve sonrası Merkezde yaşlı kayaçların olduğuna dikkat edin!

58

59 Topografya bir Antiklinal yapısının tersine olabilir Erozyon öncesi ve sonrası Az Dayanıklı Kayaç Dayanıklı kumtaşı Senklinal sırtı Erozyon öncesi Erozyon sonrası Kıvrım ekseninde dayanıklı kayacın bulunduğu Senklinal Merkezde yaşlı kayaçların olduğuna dikkat edin!

60 Kayaçların kırılması, faylanması Deformasyonun ileri evresinde kayaçlar çatlar, kırılır, kopar, faylanır ya da ötelenir Gevrek-Sünek (Brittle-Ductil) makaslama deformasyonu

61 Basınç başlangıç gevrek sünek Mermerdeki deformasyon deneyleri

62 Çatlaklar Tensional, compressional, sets Çatlak takımı yükselme

63 Kıta kabuğunun yükselmesi ve erozyonu sırasında çatlak oluşumuna 3 mekanizma katkı koyar. (1) Soğuma sırasında büzülme (2) Poisson etkisi, sözgelimi düşey yönde kayacın genleşmesi ve yük boşalımı sırasında yatay büzülmeler (3) Membran etkisi- tabakanın bükülmesi arttıkça genleşmenin meydana gelmesi

64 Domlar yatay değil, düşey sıkışmayla oluşur David Rogers Little Shuteye, Sierra Nevada, CA Casey Moore, UCSC

65 Çatlaklar, kırıklar öteleme yok Source: Martin G. Miller/Visuals Unlimited

66 Çatlak dizilimi

67 Soğuma Eklem -- Çatlakları: Termal büzülme sonucu oluşurlar

68 Tektonik çatlaklar erozyonel yük boşalımıyla ilgili olarak ortaya çıkan gerilmelere ek olarak tektonik gerilmelerden etkilenir

69 Mermer çatlaklarında gelişen kalsit damarları, Laurel Dağı, Kaliforniya Kumtaşlarında oluşan çatlaklar ve çatlak boyunca gelişen ayrışma

70 Plastik(akıcı, ductil, sünek) deformasyon Kayaçlar akıcı bir davranış sergileyebilir

71 Faylar

72 Kırılgan fay 0 km 15 km Sünek makaslama Kırılgan - sünek makaslama zonu

73 D o ğ r u l t u BİR FAY DÜZLEMİNİNİN DOĞRULTU VE EĞİMİ

74 Fay çiziği (yatım ve yatım açısı) BİR FAY DÜZLEMİNİNİN YATIMI

75

76 Los Angelos (ABD) ve San Andreas Fay zonu

77 Eğim atımlı Normal fay Graben Horst Eğim atımlı Ters fay Yanal atımlı fay

78 Stres (gerilme) eksenleri ve faylar Ters faylar Normal faylar Doğrultu atımlı faylar Ana gerilme eksenleri

79 Hem doğrultu, hem de Eğim atımlı Verev Atımlı Fay

80 Doğrultu atımlı fay Doğrultu atımlı fay

81 Deprem sonucu doğrultu atımlı faylanma

82 Nehirlerin ötelenmesi

83 Doğrultu atımlı faylanmanın laboratuvar deneyi

84 NORMAL FAYLANMA

85 Ters Faylanma

86 Normal faylar yer kabuğunun genişlemesini sağlar. Yeryüzünde Horst (yükselene blok) ve graben (çökünütü alanları) yaratır Düşey kısalma G H G Yatay uzama

87 Horst ve Graben Oluşumu

88 Wildrose Grabeni, Güney Kaliforniya

89 Horst ve Graben Oluşumu (İZLANDA) ATLANTİK OKYANUSU

90 İzlanda da Graben Kaynak : Simon Fraser/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.

91 Ters faylar yar kabuğunda daralmaya, kısalmaya neden olur.

92 Kardaki Ters Faylar

93

94 Bu fay sağ yönlü mü? Yoksa sol yönlümdür? Las Vegas Makaslama Zonu

95 Jeolojide yaş kavramı ve tarihlendirme kavramı

96 Zaman ve Jeolojik Zaman

97 Zaman ve Jeolojik Zaman Dağlar 1 metre/5000 yıl hızla oluşur Rocky ler ve Alpler in (3000 m) İçin 15 milyon gerekir Atlantik Okyanusu 4 cm/yıl hızla açılır okyanus havzası yaklaşık 200 milyon yılda oluşur is Bunların her ikisi de jeolojik zaman için hızlıdır yerin yaşı is 4.6 milyar yıldır

98 Jeolojik Yaş Göreceli Yaş Mutlak Yaş

99 Geçmişi anlamak Göreceli zaman Göreceli zamanı tayin etmek için kullanılan prensipler Uyumsuzluklar (Unconformities) Kıyaslama (Korelasyon) Standart Jeolojik Zaman Cetveli Jeokronoloji jeolojik olayların ve işlemlerin zamanını çalışır

100 Üstüste gelme (Superposition) Kim yaptı? Geçen gece, zengin bir kontun evinden önemli bir eşya çalınır Tek ipucu kardaki izlerdir hırsız binayı terk eden son kişidir

101 Şüpheliler Yeğen Hizmetçi Aşçı Uşak Kahya Bir köpeğe sahip Araba kullanır Motosiklet kullanıyor Bisiklet kullanır İşe yürüyerek gider

102 Kuzen tek gözlü bir köpeğe sahiptir Göreceli Yaş Vaka : Suç alanı Hizmetçi araba kullanıyor Ahçı motorsiklet kullanıyor Çocuk bisiklet kullanıyor Bahçevan işe yürüyerek gidiyor

103 1. Tabakalar Orijinalde yataydır prensibi

104 2. Superposizyon Prensibi En genç tabaka En yaşlı tabaka

105 3- yatay devamlılık presibi Formasyon gibi litostratigrafik birimleri kıyaslanması

106 4. Kesen- Kesilen Prensibi

107 Fig. 5.1 kumtaşı Diskordans düzlemi şeyil Göreceli yaşı tayin etmek

108 5. İnklüzyon Prensibi

109 İnküzyonları kullanarak bir diskordansı tanımlamak

110 6. Canlı Topluluğu Prensibi Baron Cuvier tarafından çizilmiştir( )

111 Mutlak Yaş Saptama Yöntemleri Varv yöntemi (De Geer, 1905) Dendrokronoloji (ağaç halkalarından) Çökelme hızı Paleontolojik Yöntem (Karakteristik fosil) Tuz Yöntemi Radyometrik yaş

112 Mutlak Yaşlandırma Varv Kronolojisi Varvlar göl tabanlarında ya da okyanus tabanlarında biriken paralel tabakalardan oluşur. Bir yıllık mevsimsel birikme bir çift tabaka ile temsil edilir. Lamina (ağaçlardaki yıllık birikme halkalarına benzer) Göldeki ya da büyük su kütlelerinde yıldan yıla değişen mevsimsel koşulları yansıtır Deniz tabanından ya da göllerden çıkarılan karot örnekleri birkaç milyon yıldan 200 milyon yıl kadar geriye gider.

113 Varv (göl çökeli) Yöntemi ile tarihlendirme

114 Dendrokronolojik yaşlandırma ağaç halkalarından tarihlendirme

115 Fosillerle Yaş Tayini Fosiller eski canlıların kalıntı ya da izleridir Pekçok organizma yaşadığı yere uyum göstermiştir. Birikme ortamını anlamak için fosil organizmaların yapısını yaşayanlarla kıyaslamak faydalıdır

116 Karakteristik Fosil Kavramı Bir dönemde ortaya çıkmış, yaşamış, gelişmiş ve yok olmuş canlı topluluklarıdır

117 Fossiler Fosiller aşağıdaki şekillerde korunabilir Boş Kalıp (Molds) fosil boşluğu Dolu Kalıp (Casts) organizmanın 3 boyutlu şekli Orijnal buz, amber ya da kömür içinde korunan organizma Taşlaşmış minerallerin yer değiştirmesiyle oluşan madde Karekteristik fosiller Sadece yaşadığı döneme özgü canlılar sayesinde kayaçları tarihlendirebiliriz. Joshua and Jennifer Mosser, Briar Woods High School

118 Boş kalıp (Mold) ve Dolu Kalıp (Cast) Adım 1: Bir kabuk gömülür Adım 2: Canlı kabuğu eriyerek yerinde boşluk kalır Adım 3: Boş kalıp sedimentle dolarak kalıp oluşur

119 Jura dinozorlarının fosilleri Morrison Formasyonu kumtaşları, DNM, Vernal, Utah

120 Ordovisiyen deniz tabanı (canlandırma)

121 40,000-yıl yaşında donmuş bebek mammut 1971 yılında Sibirya da 1.15 m uzunlukta ve 1.0 m boyunda Kıllı derili Ayaklarının etrafındaki kıllar hala görülüyor Bozulmamış organizma

122 Bozulmamış Organizma amber içinde korunmuş böcek Katran içinde korunmuş böcek

123 Değişime uğramış taşlaşmış ağaç kalıntısı Taşlaşmış ağaç kütük (Kolarado ulusal parkı) Volkanik çamur akıntıları 3-6 m derinlik Alt kısmı örtülü Bu parkta daha pek çok ağaç bulunmaktadır

124 Fosilli kireçtaşı

125 Mutlak Yaşlandırma Radiometrik tarihlendirme izotopların radyoaktif bozuşmasına dayanır İzotopların bozuşma hızı sabit olduğundan bozuşma hızı hesaplanabilir. izotopların yarılanma ömründen dayanıklı (stabil) ürünler ortaya çıkar. Ana izotopların ürün izotoplara oranını ölçmek bazı kayaçların mutlak yaşlarını ölçmeye yarar

126 Radyometrik tarihlendirme (izotoplar) URANYUM KURŞUN (U 238 Pb 206 ) Yarılanma ömrü : 4.5 milyar yıl Tarihlendirme aralığı : 10 milyon 4.6 milyar URANYUM KURŞUN (U 235 -Pb 207 ) Yarılanma ömrü : 713 milyon yıl Tarihlendirme aralığı : 10 milyon 4.6 milyar yıl POTASYUM-ARGON (K 40 -Ar 40 ) Yarılanma ömrü : 1.3 milyar yıl Tarihlendirme aralığı : 100, milyar yıl KARBON-14 (C 14 -N 14 ) Yarılanma ömrü : 5730 yıl Tarihlendirme aralığı : ,000 yıl

127 Yüzey Atmosfer N (azot) un kozmik tane bombardımanı ile sabit radyokarbon (C-14) oluşumu Radyokarbon (C-14) Azot (N-15) bir proton yayarak C-14 oluşur. Radyokarbonun yarılanma ömrü 5,730 yıldır. Bitki ve hayvanlar canlı oldukları sürede bünyelerine radyokarbon alırlar. Öldüklerinde bu süreç durur ve C-14 almayı keserler. Bundan sonra radyokarbon saati geriye saymaya başlar. Su Hayvan Bitki Ölümden Sonra

128 Radyokarbon (C 14 ) Yaş Yöntemi

129 Jeolojik Zaman Jeolojik Zaman Alt Zamanlara (Era) ayrılır (en büyük bölümdür, büyük yokoluş olaylarıya ayrılır), Periyotlar ya da Dönemler (karakteristik fosillere dayanır) ve Devre (Epochs) (daha küçüktür.yaşam tiplerine dayanır Sadece Senozoyik Devirinde (Era) bulunur. Prekambriyen Zamanı (Era) Tüm jeolojik zamanının % 90 ıdır. Bşlangıçta gezegenimizde (O) yoktu. CO2 en bol bulunan gazdı. Maviyeşil alglerden Cyanobacteria (O) üretmeye başladı ve ozon tabakası oluşmaya başladı. Böylece atmosfer yaşamı desteklemeye başladı. Paleozoyik Zamanı (Era) Age of Invertebrates and the creation of Pangaea Mesozoyik Zamanı (Era) Age of Reptiles dinosaurs dominate and Pangaea breaks apart Senozoyic Zamanı (Era) Age of Mammals man comes into existence Biz Senozoyik te yaşıyoruz ve Kuvaterner Periyodun içinde Güncel devredeyiz (Epoch).

130 Litostratigrafi Her bir tabaka farklı kaya tipindedir. Kronostratigrafi Her bir tabaka farklı yaştadır. Biostratigrafi Her bir tabaka farklı fosil topluluğuna sahiptir

131 Litostratigrafik Birimler Member A Formation A Member B Member C Supergrup Group A Formation B Member D Member E Formation C Member F Member G Member H Member I Grup Supergroup Group B Formation D Formation E Member J Member K Member L Member M Member N Member O Member P Formasyon Üye Member Q Member R Tabaka Formation F Member S Member T

132

133 Kıtasal kabuk heterojendir Kıtasal kabukların yaşları Kratonlar : pembe, sarı, kırmızı, yeşil Dağ kuşakları (çerpışma yerleri): kahve ve açık mavi (kıtalar) Dikkat!: yaşlı kısımlar iç kısımda, genç olan kısımlar ise kenarlarda

134

135 Stratigrafik Birimlerin Kayastratigrafi Birimleri Supergrup Grup Formasyon Üye» Tabaka Sınıflandırılması Zamanstratigrafi Birimleri Eonothem Üst Sistem (Erathem) Sistem Seri» Kat Zaman- Birimleri Üst Zaman (Eon) Zaman (Era) Periyot (Period) Devir (Epok)» Yaş

136 Jeolojik düşünce 1800lerin başında ilerlemeye başladı. Daha anlaşılabilir olması için belli bir formatla resmi kullanımlar organize edildi. Bunun yansımaları fosil ve haritalar üzerinde kullanım birliği ile sağlandı de Adam Sedgwick ve Roderick Murchison Avrupa Stratigrafi serisi için bazı resmi terimler önerdiler. Devir=Era (Paleozoyik, Mesozoyik, Senozoyik) Periyotlar (Vendiyen, Kambriyen, Ordovisiyen, vd.) Sadece fosillere dayalı (sözgelimi, fosil yaşam süresi) Fosillere ve Steno yasalarına dayalı